Konwolucyjne sieci neuronowe

Dziś spróbujemy stworzyć i wytrenować prostą sieć konwolucyjną do rozpoznawania, co znajduje się na obrazie. Następnie omówimy kwestię identyfikowania obiektów na obrazie, oraz porozmawiamy o wykorzystaniu gotowej już sieci.

Problem klasyfikacji obrazów

Jak się za to zabrać? Naiwnym podejściem byłaby próba ręcznej specyfikacji pewnych cech (niemowlęta mają duże głowy, szczoteczki są długie, etc.). Szybko jednak stwierdziliśmy, że nawet dla niewielkiego zbioru kategorii jest to tytaniczna praca bez gwarancji sukcesu. Co więcej, istnieje wiele czynników zniekształcających zawartość naszych zdjęć. Obiekty mogą być przedstawiane z różnych ujęć, w różnych warunkach oświetleniowych, w różnej skali, częściowo niewidoczne, ukryte w tle...

Wszystkie wymienione problemy są skutkiem istnienia semantycznej przepaści między tym, jak reprezentowane są nasze dane wejściowe (tablica liczb), a tym, czego w nich szukamy, czyli kategorii i cech: zwierząt, nosów, głów, itp. Zamiast więc próbować samodzielnie napisać funkcję $f(x)$, spróbujemy skorzystać z dobrodziejstw uczenia maszynowego, aby automatycznie skonstruować reprezentację wejścia właściwą dla postawionego sobie zadania (a przynajmniej lepszą od pierwotnej). I tu z pomocą przychodzą nam konwolucyjne sieci neuronowe. Do tego trzeba zrozumieć, czym jest konwolucja (inaczej: splot), a do tego najlepiej nadają się ilustracje, jak to działa.

Konwolucja

Konwolucja (splot) to działanie określone dla dwóch funkcji, dające w wyniku inną, która może być postrzegana jako zmodyfikowana wersja oryginalnych funkcji.

Z naszego punktu widzenia polega to na tym, że mnożymy odpowiadające sobie elementy z dwóch macierzy: obrazu, oraz mniejszej, nazywanej filtrem (lub kernelem. Następnie sumujemy wynik i zapisujemy do macierzy wynikowej na odpowiedniej pozycji. Proces powtarza się aż do momentu przeskanowania całego obrazu. Taki filtr wykrywa, czy coś do niego pasuje w danym miejscu, i z tego wynika zdolność semantycznej generalizacji sieci - uczymy się cech, a wykrywamy je potem w dowolnym miejscu. Przydatne pojęcia

Stride

Stride to inaczej krok algorytmu, albo przesunięcie. Określa co ile komórek macierzy następuje aplikacja operatora konwolucji. Jeśli stride wynosi 1 a operator konwolucji ma rozmiar np. 3 x 3, to każdy piksel (z wyjątkiem skrajnych narożnych pikseli) będzie uczestniczył w wielu operacjach konwolucji. Jeśli natomiast krok wyniósłby 3, to każdy piksel uczestniczyłby tylko jednokrotnie w tych operacjach. Należy pamiętać, że krok stosujemy zarówno w poziomie, jak i pionie. Najczęściej w obu kierunkach wykorzystuje się ten sam krok.

Padding

Padding to inaczej wypełnienie krawędzi obrazu. Określa, w jaki sposób będą traktowane skrajne piksele. Jeśli padding wynosi 0, to skrajne piksele będą uczestniczyły w operacjach konwolucji rzadziej, niż pozostałe piksele (oczywiście jest to również uzależnione od wartości kroku). Aby zniwelować ten efekt, możemy dodać wypełnienie wokół całego obrazu. Te dodatkowe piksele mogą być zerami, albo mogą być również jakimiś uśrednionymi wartościami pikseli sąsiednich. Wypełnienie zerami oznacza de facto obramowanie całego obrazu czarną ramkną.

Więcej na temat wypełnienia.

Pooling

Pooling jest procesem wykorzystywanym do redukcji rozmiaru obrazu. Występują 2 warianty: max-pooling oraz avg-pooling. Pozwala on usunąć zbędne dane, np. jeżeli filtr wykrywa linie, to istnieje spora szansa, że linie te ciągną się przez sąsiednie piksele, więc nie ma powodu powielać tej informacji. Dzięki temu wprowadzamy pewną inwariancję w wagach sieci i jesteśmy odporni na niewielkie wahania lokalizacji informacji, a skupiamy się na "większym obrazie".

Sposoby redukcji przeuczenia

• warstwa dropout - wyłączanie losowych neuronów w trakcie uczenia,
• regularyzacja wag - ograniczenie sumy wartości wag,
• metoda wczesnego stopu (early stopping) - zatrzymanie uczenia, jeśli proces uczenia nie poprawia wyników,
• normalizacja paczki (batch normalization) - centrowanie i skalowanie wartości wektorów w obrębie batcha danych,
• rozszerzanie danych (data augmentation) - generowanie lekko zaburzonych danych, na podstawie danych treningowych,
• lub... więcej danych.

Budowa sieci CNN do klasyfikacji obrazów

Sieć konwolucyjna składa się zawsze najpierw, zgodnie z nazwą, z części konwolucyjnej, której zadaniem jest wyodrębnienie przydatnych cech z obrazu za pomocą filtrów, warstw poolingowych etc.

Warstwa konwolucyjna sieci neuronowej składa się z wielu filtrów konwolucyjnych działających równolegle (tj. wykrywających różne cechy). Wagi kerneli, początkowo zainicjalizowane losowo, są dostrajane w procesie uczenia. Wynik działania poszczególnych filtrów jest przepuszczany przez funkcję nieliniową. Mamy tu do czynienia z sytuacją analogiczną jak w MLP: najpierw wykonujemy przekształcenie liniowe, a potem stosujemy funkcję aktywacji. Funkcji aktywacji nie stosuje się jendak po warstawch poolingowych, są to stałe operacje nie podlegające uczeniu.

W celu klasyfikacji obrazu musimy później użyć sieci MLP. Jako że wejściem do sieci MLP jest zawsze wektor, a wyjściem warstwy konwolucyjnej obraz. Musimy zatem obraz przetworzony przez filtry konwolucyjne sprowadzić do formy wektora, tzw. embedding-u / osadzenia, czyli reprezentacji obrazu jako punktu w pewnej ciągłej przestrzeni. Służy do tego warstwa spłaszczająca (flatten layer), rozwijająca macierze wielkowymiarowe na wektor, np $10 \times 10 \times 3$ na $300 \times 1$.

Część konwolucyjna nazywa się często backbone, a część MLP do klasyfikacji head. Głowa ma zwykle 1-2 warstwy w pełni połączone, z aktywacją softmax w ostatniej warstwie. Czasem jest nawet po prostu pojedynczą warstwą z softmaxem, bo w dużych sieciach konwolucyjnych ekstrakcja cech jest tak dobra, że taka prosta konstrukcja wystacza do klasyfikacji embeddingu.

import torch
import torchvision
import torchvision.transforms as transforms

Wybierzmy rodzaj akceleracji. Współczesne wersje PyTorch wspierają akcelerację nie tylko na kartach Nvidii i AMD, ale również na procesorach Apple z serii M. Obsługa AMD jest realizowana identycznie jak CUDA natomiast MPS (Apple) ma nieco inne API do sprawdzania dostępności i wybierania urządzenia. Zapisujemy wybrane urządzenie do zmiennej device, dzięki czemu w dalszych częściach kodu już nie będziemy musieli o tym myśleć.

device = "cpu"
if torch.cuda.is_available():
    device = torch.device("cuda:0")
elif torch.backends.mps.is_available():
    device = torch.device("mps")

print(device)

cuda:0

W pakiecie torchvision mamy funkcje automatycznie pobierające niektóre najbardziej popularne zbiory danych z obrazami.

W tym ćwiczeniu wykorzystamy zbiór FashionMNIST, który zawiera małe (28x28) zdjęcia ubrań w skali szarości. Zbiór ten został stworzony przez Zalando i jest "modowym" odpowiednikiem "cyferkowego" MNIST-a, jest z nim kompatybilny pod względem rozmiarów i charakterystyki danych, ale jest od MNIST-a trudniejszy w klasyfikacji.

Do funkcji ładujących zbiory danych możemy przekazać przekształcenie, które powinno zostać na nim wykonane. Przekształcenia można łączyć przy użyciu transforms.Compose. W tym przypadku przekonwertujemy dane z domyślnej reprezentacji PIL.Image na torch-owe tensory.

Pobrany dataset przekazujemy pod kontrolę DataLoader-a, który zajmuje się podawaniem danych w batch-ach podczas treningu.

transform = transforms.Compose([transforms.ToTensor()])

batch_size = 32

trainset = torchvision.datasets.FashionMNIST(
    root="./data", train=True, download=True, transform=transform
)
trainloader = torch.utils.data.DataLoader(
    trainset, batch_size=batch_size, shuffle=True
)

testset = torchvision.datasets.FashionMNIST(
    root="./data", train=False, download=True, transform=transform
)
testloader = torch.utils.data.DataLoader(
    testset, batch_size=batch_size, shuffle=True
)

classes = (
    "top",
    "Trouser",
    "Pullover",
    "Dress",
    "Coat",
    "Sandal",
    "Shirt",
    "Sneaker",
    "Bag",
    "Ankle boot",
)

print(type(testset[0][0]))

<class 'torch.Tensor'>

Zobaczmy, co jest w naszym zbiorze danych. Poniżej kawałek kodu, który wyświetli nam kilka przykładowych obrazków. Wartości pikseli są znormalizowane do przedziału [0,1].

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np


def imshow(img):
    npimg = img.numpy()
    plt.imshow(np.transpose(npimg, (1, 2, 0)))
    plt.axis("off")
    plt.show()


dataiter = iter(trainloader)
images, labels = next(dataiter)

def grid_show(images, nrow=8):
    imshow(torchvision.utils.make_grid(images, nrow=nrow))


def print_grid(labels, nrow=8):
    rows = [labels[n : n + nrow] for n in range(0, len(labels), nrow)]
    for r in rows:
        print(" ".join(f"{classes[c]:10s}" for c in r))

grid_show(images)
print_grid(labels)

Bag        Sandal     Coat       Pullover   Trouser    Sandal     Sneaker    Coat      
Bag        top        Coat       Ankle boot top        Sneaker    Bag        Pullover  
Bag        Dress      Bag        Coat       Coat       top        Coat       Ankle boot
Trouser    Sneaker    Ankle boot Pullover   Ankle boot Ankle boot Trouser    Coat      

LeNet

LeNet to bardzo znany, klasyczny model sieci konwolucyjnej.

Warstwy:

• obraz
• konwolucja, kernel $5 \times 5$, bez paddingu, 6 kanałów (feature maps)
• average pooling, kernel $2 \times 2$, stride 2
• konwolucja, kernel $5 \times 5$, bez paddingu, 16 kanałów (feature maps)
• average pooling, kernel $2 \times 2$, stride 2
• warstwa w pełni połączona, 120 neuronów na wyjściu
• warstwa w pełni połączona, 84 neurony na wyjściu
• warstwa w pełni połączona, na wyjściu tyle neuronów, ile jest klas

Zadanie 1 (2 punkty)

Zaimplementuj wyżej opisaną sieć, używając biblioteki PyTorch. Wprowadzimy sobie jednak pewne modyfikacje, żeby było ciekawiej:

• w pierwszej warstwie konwolucyjnej użyj 20 kanałów (feature maps)
• w drugiej warstwie konwolucyjnej użyj 50 kanałów (feature maps)
• w pierwszej warstwie gęstej użyj 300 neuronów
• w drugiej warstwie gęstej użyj 100 neuronów

Przydatne elementy z pakietu torch.nn:

• Conv2d()
• AvgPool2d()
• Linear()

Z pakietu torch.nn.functional:

• relu()

import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F


class LeNet(nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.net = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(in_channels=1, out_channels=20, kernel_size=5),
            nn.ReLU(),
            nn.AvgPool2d(2, stride=2),
            nn.Conv2d(in_channels=20, out_channels=50, kernel_size=5),
            nn.ReLU(),
            nn.AvgPool2d(2, stride=2),
            nn.Flatten(),
            nn.Linear(50*4*4,300),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(300,100),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(100,len(classes))
        )

    def forward(self, x):
        return self.net(x)


# your_code

Do treningu użyjemy stochastycznego spadku po gradiencie (SGD), a jako funkcję straty Categorical Cross Entropy. W PyTorch-u funkcja ta operuje na indeksach klas (int), a nie na wektorach typu one-hot (jak w Tensorflow).

import torch.optim as optim

net = LeNet().to(device)

criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=0.001, momentum=0.9)

Zadanie 2 (1 punkt)

Uzupełnij pętlę uczącą sieć na podstawie jej predykcji. Oblicz (wykonaj krok do przodu) funkcję straty, a następnie przeprowadź propagację wsteczną i wykonaj krok optymalizatora.

for epoch in range(5):
    net.train()
    for X_batch, y_batch in trainloader:
        X_batch = X_batch.to(device)
        y_batch = y_batch.to(device)

        y_batch_pred = net(X_batch)
        loss = criterion(y_batch_pred, y_batch)

        loss.backward()

        optimizer.step()
        optimizer.zero_grad()

    print(f"Epoch {epoch} train loss: {loss.item():.4f}")

Epoch 0 train loss: 1.0384
Epoch 1 train loss: 0.8471
Epoch 2 train loss: 0.6584
Epoch 3 train loss: 0.5326
Epoch 4 train loss: 0.4481

Zobaczmy na kilku przykładach jak działa wytrenowana sieć.

dataiter = iter(testloader)
images, labels = next(dataiter)

grid_show(images)
print("Ground Truth")
print_grid(labels)

outputs = net(images.to(device))
_, predicted = torch.max(outputs, 1)

print()
print("Predicted")
print_grid(predicted)

Ground Truth
Trouser    Dress      Sandal     Shirt      Sandal     Ankle boot Sneaker    Dress     
Dress      Pullover   Sandal     Sandal     Shirt      Sandal     Sneaker    Shirt     
Sneaker    Coat       top        Bag        Trouser    Pullover   Sneaker    top       
Trouser    Dress      Shirt      Bag        Sneaker    Ankle boot Ankle boot Coat      

Predicted
Trouser    Dress      Sandal     Shirt      Sandal     Ankle boot Sandal     Dress     
Dress      Pullover   Sandal     Sneaker    Pullover   Sandal     Sneaker    Coat      
Sneaker    Coat       top        Bag        Trouser    Pullover   Sneaker    top       
Trouser    Dress      top        Bag        Sneaker    Ankle boot Ankle boot Dress     

Obliczmy dokładności (accuracy) dla zbioru danych.

correct = 0
total = 0
net.eval()
with torch.no_grad():
    for data in testloader:
        images, labels = data
        outputs = net(images.to(device))
        _, predicted = torch.max(outputs.data, 1)
        total += labels.size(0)
        correct += (predicted == labels.to(device)).sum().item()

print(f"Accuracy of the network on the 10000 test images: {100 * correct // total} %")

Accuracy of the network on the 10000 test images: 80 %

Skomentuj wyniki:

• Otrzymany wynik wydaje się być całkiem dobry, gdyż mamy jednak do czynienia z prostą siecią. Obliczenia także nie były zbyt czasochłonne, dzięki temu można powiedzieć, że wynik jest dobry.
• Można jednak zauważyć, że model ma problemy z rozróżnianiem elementów o tym samym kształcie i typie. Same obrazki w małej rozdzielczości mogą być dużym ograniczeniem.

Znając ogólny wynik klasyfikacji dla zbioru przeanalizujmy dokładniej, z którymi klasami jest największy problem.

Zadanie 3 (1 punkt)

Oblicz dokładność działania sieci (accuracy) dla każdej klasy z osobna. Podczas oceniania skuteczności modelu nie potrzebujemy, aby gradienty się liczyły. Możemy zatem zawrzeć obliczenia w bloku with torch.no_grad():

net.eval()

correct_predict = {}
all_predict = {}
for i in range(len(classes)):
    correct_predict[i] = 0
    all_predict[i] = 0

with torch.no_grad():
    for data in testloader:
        images, labels = data
        outputs = net(images.to(device))
        _, predicted = torch.max(outputs.data, 1)
        for i in range(len(labels)):
            all_predict[labels[i].item()] += 1
            correct_predict[labels[i].item()] += (predicted[i] == labels[i].to(device)).item()

for i in range(len(classes)):
    print(f"Accuracy for {classes[i]}: {100 * correct_predict[i] / all_predict[i]} %")

Accuracy for top: 86.4 %
Accuracy for Trouser: 92.7 %
Accuracy for Pullover: 60.0 %
Accuracy for Dress: 86.0 %
Accuracy for Coat: 66.0 %
Accuracy for Sandal: 93.6 %
Accuracy for Shirt: 45.8 %
Accuracy for Sneaker: 91.9 %
Accuracy for Bag: 92.0 %
Accuracy for Ankle boot: 93.9 %

Skomentuj wyniki:

• Możemy zauważyć spore różnice między wartościami accuracy. Model ewidentnie ma problem z rozróżnianiu koszulek i swetrów. Tak jak wcześniej można z samych obserwacji zauważyć ten fakt.

Detekcja obiektów

Problem detekcji polega na nie tylko sklasyfikowaniu obiektów na obrazie, ale również wyznaczeniu jego dokładnego położenia w postaci bounding-box-u. Choć jest to problem odmienny od klasyfikacji obrazów, to w praktyce ściśle z nim powiązany - modele do detekcji obiektów przeważnie do pewnego momentu wyglądają tak samo, jak modele klasyfikacji. Jednak pod koniec sieć jest dzielona na 2 wyjścia: jedno to standardowa klasyfikacja, a drugie to regresor określający pozycję obiektu na obrazie, tzw. bounding box. Najpopularniejszymi przykładami takich sieci są YOLO i Mask R-CNN. Zbiór danych też jest odpowiednio przygotowany do tego zadania i oprócz właściwych zdjęć zawiera również listę bounding-box-ów i ich etykiety.

Zobaczymy jak działa detekcja na przykładzie już wytrenowanej sieci neuronowej. Autorzy skutecznych sieci często udostępniają ich wagi online, dzięki czemu jeżeli mamy doczynienia z analogicznym problemem jak ten, do którego dana sieć była przygotowana możemy z niej skorzystać "prosto z pudełka".

PyTorch pozwala nam na pobranie wytrenowanych wag dla kilku najpopularniejszych modeli. Sprawdzimy jak z tego skorzystać.

from torchvision.models import detection
import numpy as np
import cv2
from PIL import Image, ImageFont
import urllib

Poniżej znajduje się funkcja pozwalająca wczytać obraz z sieci. Przyda się do testowania działania sieci.

def url_to_image(url):
    resp = urllib.request.urlopen(url)
    image = np.asarray(bytearray(resp.read()), dtype="uint8")
    image = cv2.imdecode(image, cv2.IMREAD_COLOR)
    return image

Model, którym się zajmiemy to Faster R-CNN, który był trenowany na zbiorze COCO. Poniżej znajduje się lista klas (etykiet) dla tego zbioru danych.

classes = [
    "__background__",
    "person",
    "bicycle",
    "car",
    "motorcycle",
    "airplane",
    "bus",
    "train",
    "truck",
    "boat",
    "traffic light",
    "fire hydrant",
    "street sign",
    "stop sign",
    "parking meter",
    "bench",
    "bird",
    "cat",
    "dog",
    "horse",
    "sheep",
    "cow",
    "elephant",
    "bear",
    "zebra",
    "giraffe",
    "hat",
    "backpack",
    "umbrella",
    "handbag",
    "tie",
    "shoe",
    "eye glasses",
    "suitcase",
    "frisbee",
    "skis",
    "snowboard",
    "sports ball",
    "kite",
    "baseball bat",
    "baseball glove",
    "skateboard",
    "surfboard",
    "tennis racket",
    "bottle",
    "plate",
    "wine glass",
    "cup",
    "fork",
    "knife",
    "spoon",
    "bowl",
    "banana",
    "apple",
    "sandwich",
    "orange",
    "broccoli",
    "carrot",
    "hot dog",
    "pizza",
    "donut",
    "cake",
    "chair",
    "couch",
    "potted plant",
    "bed",
    "mirror",
    "dining table",
    "window",
    "desk",
    "toilet",
    "door",
    "tv",
    "laptop",
    "mouse",
    "remote",
    "keyboard",
    "cell phone",
    "microwave",
    "oven",
    "toaster",
    "sink",
    "refrigerator",
    "blender",
    "book",
    "clock",
    "vase",
    "scissors",
    "teddy bear",
    "hair drier",
    "toothbrush",
]

colors = np.random.randint(0, 256, size=(len(classes), 3))

Inizjalizacja modelu ResNet50-FPN wytrenowanymi wagami. Inicjalizujemy zarówno sieć backbone jak i RCNN.

model = detection.fasterrcnn_resnet50_fpn(
    weights=detection.FasterRCNN_ResNet50_FPN_Weights.DEFAULT,
    weights_backbone=torchvision.models.ResNet50_Weights.DEFAULT,
    progress=True,
    num_classes=len(classes)
).to(device)
model.eval()

FasterRCNN(
  (transform): GeneralizedRCNNTransform(
      Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406], std=[0.229, 0.224, 0.225])
      Resize(min_size=(800,), max_size=1333, mode='bilinear')
  )
  (backbone): BackboneWithFPN(
    (body): IntermediateLayerGetter(
      (conv1): Conv2d(3, 64, kernel_size=(7, 7), stride=(2, 2), padding=(3, 3), bias=False)
      (bn1): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
      (relu): ReLU(inplace=True)
      (maxpool): MaxPool2d(kernel_size=3, stride=2, padding=1, dilation=1, ceil_mode=False)
      (layer1): Sequential(
        (0): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(64, 64, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(64, 64, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(64, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
          (downsample): Sequential(
            (0): Conv2d(64, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
            (1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          )
        )
        (1): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(256, 64, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(64, 64, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(64, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (2): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(256, 64, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(64, 64, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(64, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
      )
      (layer2): Sequential(
        (0): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(256, 128, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(128, 128, kernel_size=(3, 3), stride=(2, 2), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(128, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
          (downsample): Sequential(
            (0): Conv2d(256, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(2, 2), bias=False)
            (1): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          )
        )
        (1): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(512, 128, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(128, 128, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(128, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (2): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(512, 128, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(128, 128, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(128, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (3): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(512, 128, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(128, 128, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(128, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
      )
      (layer3): Sequential(
        (0): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(512, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(2, 2), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(256, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
          (downsample): Sequential(
            (0): Conv2d(512, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(2, 2), bias=False)
            (1): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          )
        )
        (1): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(1024, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(256, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (2): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(1024, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(256, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (3): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(1024, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(256, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (4): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(1024, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(256, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (5): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(1024, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(256, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
      )
      (layer4): Sequential(
        (0): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(1024, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(512, 512, kernel_size=(3, 3), stride=(2, 2), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(512, 2048, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(2048, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
          (downsample): Sequential(
            (0): Conv2d(1024, 2048, kernel_size=(1, 1), stride=(2, 2), bias=False)
            (1): FrozenBatchNorm2d(2048, eps=0.0)
          )
        )
        (1): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(2048, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(512, 512, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(512, 2048, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(2048, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (2): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(2048, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(512, 512, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(512, 2048, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(2048, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
      )
    )
    (fpn): FeaturePyramidNetwork(
      (inner_blocks): ModuleList(
        (0): Conv2dNormActivation(
          (0): Conv2d(256, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1))
        )
        (1): Conv2dNormActivation(
          (0): Conv2d(512, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1))
        )
        (2): Conv2dNormActivation(
          (0): Conv2d(1024, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1))
        )
        (3): Conv2dNormActivation(
          (0): Conv2d(2048, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1))
        )
      )
      (layer_blocks): ModuleList(
        (0-3): 4 x Conv2dNormActivation(
          (0): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1))
        )
      )
      (extra_blocks): LastLevelMaxPool()
    )
  )
  (rpn): RegionProposalNetwork(
    (anchor_generator): AnchorGenerator()
    (head): RPNHead(
      (conv): Sequential(
        (0): Conv2dNormActivation(
          (0): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1))
          (1): ReLU(inplace=True)
        )
      )
      (cls_logits): Conv2d(256, 3, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1))
      (bbox_pred): Conv2d(256, 12, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1))
    )
  )
  (roi_heads): RoIHeads(
    (box_roi_pool): MultiScaleRoIAlign(featmap_names=['0', '1', '2', '3'], output_size=(7, 7), sampling_ratio=2)
    (box_head): TwoMLPHead(
      (fc6): Linear(in_features=12544, out_features=1024, bias=True)
      (fc7): Linear(in_features=1024, out_features=1024, bias=True)
    )
    (box_predictor): FastRCNNPredictor(
      (cls_score): Linear(in_features=1024, out_features=91, bias=True)
      (bbox_pred): Linear(in_features=1024, out_features=364, bias=True)
    )
  )
)

IPython, z którego korzystamy w Jupyter Notebooku, ma wbudowaną funkcję display() do wyświetlania obrazów.

Do pobierania obrazów możemy się posłyżyć wget-em.

# Pobieranie obrazka z sieci
!wget https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7a/Toothbrush_x3_20050716_001.jpg/1280px-Toothbrush_x3_20050716_001.jpg --output-document toothbrushes.jpg

--2024-12-03 09:56:38--  https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7a/Toothbrush_x3_20050716_001.jpg/1280px-Toothbrush_x3_20050716_001.jpg
Resolving upload.wikimedia.org (upload.wikimedia.org)... 208.80.153.240, 2620:0:860:ed1a::2:b
Connecting to upload.wikimedia.org (upload.wikimedia.org)|208.80.153.240|:443... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
Length: 339825 (332K) [image/jpeg]
Saving to: ‘toothbrushes.jpg’

toothbrushes.jpg    100%[===================>] 331.86K  1.92MB/s    in 0.2s    

2024-12-03 09:56:39 (1.92 MB/s) - ‘toothbrushes.jpg’ saved [339825/339825]

# Wyświetlanie obrazka
image = Image.open("toothbrushes.jpg")
# make sure we have 3-channel RGB, e.g. without transparency
image = image.convert("RGB")
display(image)

PyTorch wymaga obrazów w kształcie [channels, height, width] (C, H, W) oraz z wartościami pikseli między 0 a 1. Pillow wczytuje obrazy z kanałami (H, W, C) oraz z wartościami pikseli między 0 a 255. Przed wykorzystaniem sieci neuronowej trzeba zatem:

• zamienić obraz na tensor
• zmienić kolejność kanałów
• podzielić wartości pikseli przez 255

image_tensor = torch.from_numpy(np.array(image))
image_tensor = image_tensor.permute(2, 0, 1)
image_tensor_int = image_tensor  # useful for displaying, dtype = uint8
image_tensor = image_tensor / 255
image_tensor.shape, image_tensor.dtype

(torch.Size([3, 960, 1280]), torch.float32)

Zadanie 4 (1 punkt)

Użyj modelu do wykrycia obiektów na obrazie. Następnie wybierz tylko te bounding boxy, dla których mamy wynik powyżej 50%. Wypisz te bounding boxy, ich prawdopodobieństwa (w procentach) oraz nazwy klas.

Następnie wykorzystaj wyniki do zaznaczenia bounding box'a dla każdego wykrytego obiektu na obrazie oraz podpisz wykrytą klasę wraz z prawdopodobieństwem. Możesz tutaj użyć:

• OpenCV
• PyTorch - Torchvision

from torchvision.utils import draw_bounding_boxes

with torch.no_grad():
    results = model(image_tensor.to(device).unsqueeze(0))

boxes, labels, scores = results[0].values()
boxes, labels, scores = boxes[scores > 0.5], labels[scores > 0.5], scores[scores > 0.5]

drawn_boxes = draw_bounding_boxes(image_tensor, boxes, labels = [f"{classes[labels[i]]}: {100*scores[i]:.4f}%" for i in range(len(labels))],font= "Arial.ttf",font_size = 20, width=5)
plt.figure(figsize = (15,25))
plt.imshow(drawn_boxes.permute(1,2,0))

<matplotlib.image.AxesImage at 0x7d86fb79e260>

Fine-tuning i pretrening

Trenowanie głębokich sieci neuronowych do przetwarzania obrazów jest zadaniem wymagającym bardzo dużych zbiorów danych i zasobów obliczeniowych. Często jednak, nie musimy trenować takich sieci od nowa, możemy wykorzystać wytrenowane modele i jedynie dostosowywaać je do naszych problemów. Działanie takie nazywa się transfer learning-iem.

Przykładowao: mamy już wytrenowaną sieć na dużym zbiorze danych (pretrening) i chcemy, żeby sieć poradziła sobie z nową klasą obiektów (klasyfikacja), albo lepiej radziła sobie z wybranymi obiektami, które już zna (fine-tuning). Możemy usunąć ostatnią warstwę sieci i na jej miejsce wstawić nową, identyczną, jednak z losowo zainicjalizowanymi wagami, a następnie dotrenować sieć na naszym nowym, bardziej specyficznym zbiorze danych. Przykładowo, jako bazę weźmiemy model wytrenowany na zbiorze ImageNet i będziemy chcieli użyć go do rozpoznawania nowych, nieznanych mu klas, np. ras psów.

Dla przećwiczenia takiego schematu działania wykorzystamy zbiór danych z hotdogami. Będziemy chcieli stwierdzić, czy na obrazku jest hotdog, czy nie. Jako sieci użyjemy modelu ResNet-18, pretrenowanej na zbiorze ImageNet.

# Download the hotdog dataset
# !wget http://d2l-data.s3-accelerate.amazonaws.com/hotdog.zip
# !unzip -n hotdog.zip

Kiedy korzystamy z sieci pretrenowanej na zbiorze ImageNet, zgodnie z dokumentacją trzeba dokonać standaryzacji naszych obrazów, odejmując średnią i dzieląc przez odchylenie standardowe każdego kanału ze zbioru ImageNet.

All pre-trained models expect input images normalized in the same way, i.e. mini-batches of 3-channel RGB images of shape (3 x H x W), where H and W are
expected to be at least 224. The images have to be loaded in to a range of [0, 1] and then normalized using mean = [0.485, 0.456, 0.406] and std = [0.229,
0.224, 0.225]. You can use the following transform to normalize:

normalize = transforms.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406],
                                 std=[0.229, 0.224, 0.225])

torch.manual_seed(17)

normalize = transforms.Normalize(
    mean=[0.485, 0.456, 0.406],
    std=[0.229, 0.224, 0.225]
)

train_augs = torchvision.transforms.Compose(
    [
        torchvision.transforms.RandomResizedCrop(224),
        torchvision.transforms.RandomHorizontalFlip(),
        torchvision.transforms.ToTensor(),
        normalize,
    ]
)

test_augs = torchvision.transforms.Compose(
    [
        torchvision.transforms.Resize(256),
        torchvision.transforms.CenterCrop(224),
        torchvision.transforms.ToTensor(),
        normalize,
    ]
)

pretrained_net = torchvision.models.resnet18(weights=torchvision.models.ResNet18_Weights.IMAGENET1K_V1)

Downloading: "https://download.pytorch.org/models/resnet18-f37072fd.pth" to /root/.cache/torch/hub/checkpoints/resnet18-f37072fd.pth
100%|██████████| 44.7M/44.7M [00:01<00:00, 27.2MB/s]

pretrained_net.fc

Linear(in_features=512, out_features=1000, bias=True)

Zadanie 5 (1 punkt)

Dodaj warstwę liniową do naszej fine-fune'owanej sieci oraz zainicjuj ją losowymi wartościami.

finetuned_net = pretrained_net
finetuned_net.fc = nn.Linear(in_features=512, out_features=2)

import time
import copy


def train_model(
    model, dataloaders, criterion, optimizer, num_epochs=25
):
    since = time.time()

    val_acc_history = []

    best_model_wts = copy.deepcopy(model.state_dict())
    best_acc = 0.0

    for epoch in range(1, num_epochs + 1):
        print("Epoch {}/{}".format(epoch, num_epochs))
        print("-" * 10)

        # Each epoch has a training and validation phase
        for phase in ["train", "val"]:
            if phase == "train":
                model.train()  # Set model to training mode
            else:
                model.eval()  # Set model to evaluate mode

            running_loss = 0.0
            running_corrects = 0

            # Iterate over data.
            for inputs, labels in dataloaders[phase]:
                inputs = inputs.to(device)
                labels = labels.to(device)

                # zero the parameter gradients
                optimizer.zero_grad()

                # forward
                # track history if only in train
                with torch.set_grad_enabled(phase == "train"):
                    # Get model outputs and calculate loss

                    outputs = model(inputs)
                    loss = criterion(outputs, labels)
                    _, preds = torch.max(outputs, 1)

                    # backward + optimize only if in training phase
                    if phase == "train":
                        loss.backward()
                        optimizer.step()

                # statistics
                running_loss += loss.item() * inputs.size(0)
                running_corrects += torch.sum(preds == labels.data)

            epoch_loss = running_loss / len(dataloaders[phase].dataset)
            epoch_acc = running_corrects.float() / len(dataloaders[phase].dataset)

            print("{} Loss: {:.4f} Acc: {:.4f}".format(phase, epoch_loss, epoch_acc))

            # deep copy the model
            if phase == "val" and epoch_acc > best_acc:
                best_acc = epoch_acc
                best_model_wts = copy.deepcopy(model.state_dict())
            if phase == "val":
                val_acc_history.append(epoch_acc)

        print()

    time_elapsed = time.time() - since
    print(
        "Training complete in {:.0f}m {:.0f}s".format(
            time_elapsed // 60, time_elapsed % 60
        )
    )
    print("Best val Acc: {:4f}".format(best_acc))

    # load best model weights
    model.load_state_dict(best_model_wts)
    return model, val_acc_history

import os

data_dir = "hotdog"
batch_size = 32

model_ft = finetuned_net.to(device)
train_iter = torch.utils.data.DataLoader(
    torchvision.datasets.ImageFolder(
        os.path.join(data_dir, "train"), transform=train_augs
    ),
    batch_size=batch_size,
    shuffle=True,
)
test_iter = torch.utils.data.DataLoader(
    torchvision.datasets.ImageFolder(
        os.path.join(data_dir, "test"), transform=test_augs
    ),
    shuffle=True,
    batch_size=batch_size,
)
loss = nn.CrossEntropyLoss(reduction="none")

Zadanie 6 (1 punkt)

Zmodyfikuj tak parametry sieci, aby learning rate dla ostatniej warstwy był 10 razy wyższy niż dla pozostałych.

Trzeba odpowiednio podać pierwszy parametr torch.optim.SGD tak, aby zawierał parametry normalne, oraz te z lr * 10. Paramety warstw niższych to takie, które mają nazwę inną niż fc.weight albo fc.bias - może się przydać metoda sieci named_parameters().

def train_fine_tuning(net, learning_rate, num_epochs=15):
    params = []
    fc_params = []
    for name, param in net.named_parameters():
        if name not in ['fc.weight', 'fc.bias']:
            params.append(param)
        else:
            fc_params.append(param)

    trainer = torch.optim.SGD([
        {'params': params, 'lr': learning_rate},
        {'params': fc_params, 'lr': learning_rate * 10}
    ],weight_decay=0.001) # your code here

    dataloaders_dict = {"train": train_iter, "val": test_iter}
    criterion = nn.CrossEntropyLoss()
    model_ft, hist = train_model(
        net, dataloaders_dict, criterion, trainer, num_epochs=num_epochs
    )
    return model_ft, hist

model_ft, hist = train_fine_tuning(model_ft, learning_rate=5e-5)

Epoch 1/15
----------
train Loss: 0.6202 Acc: 0.6585
val Loss: 0.5453 Acc: 0.7400

Epoch 2/15
----------
train Loss: 0.5343 Acc: 0.7665
val Loss: 0.4776 Acc: 0.8125

Epoch 3/15
----------
train Loss: 0.4747 Acc: 0.8180
val Loss: 0.4261 Acc: 0.8587

Epoch 4/15
----------
train Loss: 0.4461 Acc: 0.8255
val Loss: 0.3952 Acc: 0.8737

Epoch 5/15
----------
train Loss: 0.4095 Acc: 0.8515
val Loss: 0.3612 Acc: 0.8837

Epoch 6/15
----------
train Loss: 0.3941 Acc: 0.8525
val Loss: 0.3426 Acc: 0.8887

Epoch 7/15
----------
train Loss: 0.3737 Acc: 0.8720
val Loss: 0.3240 Acc: 0.8937

Epoch 8/15
----------
train Loss: 0.3498 Acc: 0.8750
val Loss: 0.3154 Acc: 0.8963

Epoch 9/15
----------
train Loss: 0.3412 Acc: 0.8840
val Loss: 0.2994 Acc: 0.9000

Epoch 10/15
----------
train Loss: 0.3379 Acc: 0.8825
val Loss: 0.2844 Acc: 0.9025

Epoch 11/15
----------
train Loss: 0.3333 Acc: 0.8820
val Loss: 0.2753 Acc: 0.9075

Epoch 12/15
----------
train Loss: 0.3127 Acc: 0.8885
val Loss: 0.2704 Acc: 0.9038

Epoch 13/15
----------
train Loss: 0.3093 Acc: 0.8855
val Loss: 0.2624 Acc: 0.9087

Epoch 14/15
----------
train Loss: 0.2995 Acc: 0.8925
val Loss: 0.2560 Acc: 0.9087

Epoch 15/15
----------
train Loss: 0.2885 Acc: 0.8920
val Loss: 0.2481 Acc: 0.9087

Training complete in 4m 41s
Best val Acc: 0.908750

skomentuj wyniki:

• Po 15 epokach mamy bardzo duże accuracy równe ok. 91%. Możemy zatem stwierdzić, że trening daje bardzo dobre rezultaty.

Przy wyświetlaniu predykcji sieci musimy wykonać operacje odwrotne niż te, które wykonaliśmy, przygotowując obrazy do treningu:

• zamienić kolejność kanałów z (C, H, W) na (H, W, C)
• zamienić obraz z tensora na tablicę Numpy'a
• odwrócić normalizację (mnożymy przez odchylenie standardowe, dodajemy średnią) i upewnić się, że nie wychodzimy poza zakres [0, 1] (wystarczy proste przycięcie wartości)

def imshow(img, title=None):
    img = img.permute(1, 2, 0).numpy()
    means = np.array([0.485, 0.456, 0.406])
    stds = np.array([0.229, 0.224, 0.225])
    img = stds * img + means
    img = np.clip(img, 0, 1)

    plt.imshow(img)
    if title is not None:
        plt.title(title)

    plt.pause(0.001)

import matplotlib.pyplot as plt
plt.ion()


def visualize_model(model, num_images=6):
    class_names = ["hotdog", "other"]
    model.eval()
    images_so_far = 0
    fig = plt.figure()
    with torch.no_grad():
        for i, (inputs, labels) in enumerate(test_iter):
            inputs = inputs.to(device)
            labels = labels.to(device)

            outputs = model(inputs)
            _, preds = torch.max(outputs, 1)

            for j in range(inputs.size()[0]):
                images_so_far += 1
                ax = plt.subplot(num_images // 2, 2, images_so_far)
                ax.axis('off')
                ax.set_title(f'predicted: {class_names[preds[j]]}')

                imshow(inputs.data[j].cpu())

                if images_so_far == num_images:
                    return

visualize_model(model_ft)

Zadanie dla chętnych (3 punkty)

W zadaniach dotyczących klasyfikacji obrazu wykorzystywaliśmy prosty zbiór danych i sieć LeNet. Teraz zamień zbiór danych na bardziej skomplikowany, np. ten lub ten (lub inny o podobnym poziomie trudności) i zamiast prostej sieci LeNet użyj bardziej złożonej, np. AlexNet, ResNet, MobileNetV2.